Примечание:

* Карбид бора  используется в порошкообразном  виде.

    Углерод, вытесненный из поверхностного слоя, образует собственную зону повышенной концентрации, которая располагается  непосредственно за слоем боридов. По ширине такая зона оказывается  значительно шире боридной и ее размеры определяются наличием или отсутствием в стали карбидообразующих элементов. Карбидообразующие элементы, резко снижая скорость диффузии углерода, уменьшают ширину слоя с повышенным содержанием углерода, некарбидообразующие практически не оказывают влияние на ее размеры.

    В ряде случаев выполняется многокомпонентное  борирование, когда совместно с насыщением бором дополнительно производится насыщение поверхности детали другими элементами — хромом, алюминием, кремнием и т. д. такое насыщение производится для повышения коррозионной стойкости и износостойкости поверхностного слоя детали, однако, полученные результаты повышения стойкости не так велики, чтобы эти процессы нашли широкое распространение.

    Силицирование — процесс химико-термической обработки, состоящий в высокотемпературном (950–1100 °С) насыщении поверхности стали кремнием. Силицирование повышает коррозионную стойкость стали в различных агрессивных средах — морской воде, растворах кислот, увеличивает окалиностойкость изделий до 800—1000 °С. В ряде случаев силицирование используется для придания детали антифрикционных свойств. Силицирование может производиться в газообразных и жидких средах как электролизным, так и безэлектролизным методом. Основные составы насыщающих сред и режимы силицирования по данным М. Ю. Лахнина приведены в табл. 5. 
 
 
 

Таблица 5. Составы  сред и режимы силицирования сталей 

Примечание:

* Плотность тока  при электролизе от 2,5 до 3,0 кА/м2. 
 
 
 
 
 

3.5. Диффузионная металлизация стали

    Насыщение поверхности стали металлами  в ходе их высокотемпературной химико-термической  обработки в соответствующих  насыщающих средах называется диффузионной металлизацией. Целью такого вида химико-термической  обработки является изменение состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали путем введения в него таких металлов, как хром, алюминий, цинк, вольфрам, ванадий, ниобий. Диффузионная металлизация, в зависимости от насыщающего  элемента, может проводиться в  диапазоне температур от 1400 до 700 °С. Техническое исполнение этого вида химико-термической обработки может  быть вы-полнено рядом способов, например, погружением обрабатываемой детали в ванну с расплавленным металлом. Такой метод применим в том случае, когда температура плавления насыщающего металла оказывается значительно ниже температуры плавления стали. В случае необходимости насыщения поверхности стальной детали тугоплавкими металлами возможно использование погружения детали в расплавы солей насыщающего металла, насыщения поверхности детали из газовой фазы, состоящей галогенидов диффундирующего металла, диффузии насыщающего металла путем его испарения из сублимированной фазы, метода циркуляционного газового насыщения и т. п.

    Подобная  химико-термическая обработка может  включать в себя как насыщение  только одним элементом, например, насыщение  поверхности детали хромом — хромирование, насыщение алюминием — алитирование, так и насыщение группой металлов — хромоалитирование (одновремен-ное насыщение хромом и алюминием), одновременное насыщение поверхности детали металлами и неметаллами — карбохромирование (насыщение поверхности углеродом и хромом). Совместное насыщение поверхности детали рядом элементов может проводиться как одновременно, так и последовательно.

    В результате диффузионной металлизации в поверхности стали возникают  слои высоколегированных твердых растворов  диффундирующих элементов в железе, создавая принципиально иные физико-химические свойства поверхностных, защитных слоев  изделия.

    3.5.а. Алитирование

    Алитированием — называется режим химико-термической  обработки, состоящей в насыщении  поверхности стали алюминием  в соответствующих насыщающих средах. Как правило алитирование производится при температурах 700–1100 °С. Целью алитирования является повышение окалиностойкости изделий (до 800–900 °С), коррозионной стойкости в атмосферных условиях и морской воде.

    В основном, алитированию подвергаются малоуглеродистые стали (так как  углерод резко снижает глубину  алитированного слоя. При алитировании в течение 12 ч при 1100 °С у стали с 0,06 % углерода толщина слоя составляет 1 мм, у стали с 0,38 % углерода — менее 0,9 мм, при температуре 850 °С — 0,17 и 0,14 мм соответственно). Содержание алюминия в насыщенном слое может достигать 40–50 %, однако при превышении его концентрации 30% отмечается повышенная хрупкость слоя и для выравнивания его концентрации по сечению поверхностного слоя обычно выполняется термическая обработка. В табл. 6 приведены основные составы сред и режимов алитирования

Таблица 6.Составы  сред и режимы алитирования сталей.

Примечание:

* Приспособления  для алитирования (ящики, контейнеры) подобны ящикам для цементации.

** Железо в  расплав вводится во избежание  растворения поверхности детали.

Так как углерод  практически нерастворим в алитированном слое, то он оттесняется вглубь от поверхности детали, образуя под насыщенным алюминием слоем зону, обогащенную углеродом.

3.5.б.Хромирование

    Хромирование  — способ химико-термической обработки, состоящий в высокотемпературном (900–1300 °С) диффузионном насыщении поверхности  обрабатываемой детали хромом в насыщающих средах с целью придания ей жаростойкости (до 800 °С), коррозионной стойкости в  пресной и морской воде, растворах  солей и кислот, эрозионной стойкости. Диффузионное насыщение поверхности  стали хромом, также уменьшает скорость ползучести материала повышает его сопротивление термическим ударам. Хромирование также повышает предел выносливости стали при комнатных и повышенных температурах, что связано с возникновением в слое сжимающих напряжений.

    Хромированию  подвергаются стали различных классов  — ферритных, перлитных и аустенитных, сталей различного назначения.

    Структура хромированного слоя напрямую зависит  от содержания в стали углерода. Если в малоуглеродистых сталях этот слой обычно состоит из твердого раствора замещения хрома в a -железе, то в случае высокоуглеродистых материалов может образовываться слой карбидов, состоящий, например, для сталей с 0,8–1,0 % углерода из карбидов Сr23С6, расположенных в верхних слоях насыщенной хромом поверхности и карбида Cr7С3 лежащего ниже. Под карбидными слоями располагается эвтектоидный слой, состоящий из троостита и карбида Cr7С3. Кроме углерода на параметры хромированного слоя влияет легирующий комплекс стали. Все карбидообразующие элементы — вольфрам, молибден, титан, ванадий и т. д. — увеличивают глубину хромированного слоя; элементы, расширяющие аустенитную область, — никель, кобальт — уменьшают глубину хромирования. Это связано с особенностями диффузии хрома в a -Fe и g -Fe. С одной стороны, скорость диффузии атомов хрома в a -железе значительно выше, чем в аустените, с другой, — при легировании вольфрамом, молибденом и другими карбидообразующими элементами содержание хрома в стали в исходном, до химико-термической обработки, состоянии превосходит его концентрацию в сталях углеродистых или легированных, например только никелем.

    Твердость насыщенной хромом поверхности у  средне- и высокоуглеродистых сталей, то есть тогда, когда хром в поверхности  находится в виде слоя карбидов, составляет 12 000–13 000 МПа. Твердость  хромированного слоя у низкоуглеродистых  сталей, когда хром находится в  твердом растворе, не превышает 1500–3000 МПа.

    В табл. 7 приведены основные составы  сред и режимов хромирования. Наиболее широко применяется метод диффузионного  хромирования в порошках, содержащих хром или феррохром и активные добавки в виде галогенидов аммония (контактный метод). При этом подвергающиеся химико-термической обработке детали укладываются в специальные контейнеры (ящики) с двойными крышками для повышения  герметичности и подвергаются высокотемпературным  нагревам в соответствующих (табл.7) смесях в течение 6–12 ч. Особо широкое  применение этого метода объясняется  простотой применяемого оборудования, отсутствием необходимости создания специальных производств и участков. 
 
 

Таблица 7. Составы  сред и режимы хромирования сталей